FR3138021A1

FR3138021A1 - Dissipateur thermique pour équipement électrique

Info

Publication number: FR3138021A1
Application number: FR2207201A
Authority: FR
Inventors: Michel Fakes; Cédric De Vaulx; Erwan Etienne; Kamel Azzouz
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2022-07-13
Filing date: 2022-07-13
Publication date: 2024-01-19
Also published as: WO2024012963A1

Abstract

L’invention concerne un dissipateur thermique, comprenant : une entrée et une sortie de fluide caloporteur,une surface d’échange s’étendant entre l’entrée et la sortie et destinée à échanger thermiquement avec le fluide caloporteur, comprenant une zone d’entrée , une zone de sortie et au moins une zone intermédiaire, toutes les zones de la surface d’échange ayant une aire identique,une pluralité d’ailettes faisant saillie depuis ladite surface d’échange dans chacune des zones et présentant un bord d’attaque, un bord de fuite et un angle d’incidence mesuré entre le segment de plus petite distance (qui relie le bord d’attaque au bord de fuite et la direction principale du fluide, dans lequel les ailettes de la zone d’entrée, intermédiaire et de sortie présentent respectivement un angle d’incidence moyen d’entrée, intermédiaire et de sortie, l’angle d’incidence moyen d’entrée étant inférieur à l’angle d’incidence moyen intermédiaire qui est inférieur à l’angle d’incidence moyen de sortie. Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Dissipateur thermique pour équipement électrique

Domaine technique de l’invention

La présente invention concerne le domaine des équipements électriques, notamment des machines électriques et de l’électronique de puissance tel que les convertisseurs de puissance, pour véhicules électriques ou hybrides et devant être refroidies par un fluide caloporteur.

La présente invention porte plus particulièrement sur des dissipateurs thermiques utilisés pour refroidir lesdits équipements électriques et impliquant un transfert de chaleur, tel que l'élimination, l'absorption et/ou la dissipation de chaleur.

Arrière-plan technologique

Il est connu de l’art antérieur que la température des équipements électriques s’élève lors de leur fonctionnement. L’augmentation de la température va alors créer des dommages importants au niveau de l’équipement électrique.

Par exemple, dans une machine électrique tournante, l’énergie électrique est convertie en énergie cinétique ou inversement. Les pertes qui se produisent entraînent un échauffement des composants de la machine électrique pendant son fonctionnement. Afin d’éviter un échauffement excessif de ses composants, tel que le stator et le rotor, un dissipateur thermique, que l’on peut également appeler dispositif de refroidissement, doit être prévu dans la machine électrique. La chaleur générée par la circulation du courant à travers le bobinage du stator peut être évacuée par un dissipateur thermique, tel qu’une chambre de refroidissement ménagée dans le palier et dans laquelle circule un fluide caloporteur. Il est connu du document US8629587 que la chambre de refroidissement s’étende dans la direction circonférentielle du stator et que des ailettes fassent saillie depuis une surface de la chambre de refroidissement à l’intérieur de ladite chambre de manière à permettre un refroidissement plus efficace.

Dans le cas de l’électronique de puissance, par exemple pour un onduleur, des modules de puissance vont monter en température lors de leur fonctionnement. L’augmentation de température va créer des dommages importants au niveau du module lui-même et au niveau des autres éléments de l’ensemble électrique. Pour limiter ces effets thermiques, il est connu d’utiliser un circuit de refroidissement de l’électronique de puissance. Le circuit de refroidissement est disposé sous ou sur les modules de puissance tel que cela est divulgué dans le document EP3902382. Dans ce document, des reliefs de forme tubulaire font saillie depuis la surface d’échange.

L’ajout de reliefs permet d’augmenter la surface d’échange afin d’obtenir un transfert de chaleur plus élevé et donc un refroidissement amélioré. Il convient cependant de noter que les besoins en refroidissement ne sont pas les mêmes entre l’entrée et la sortie d’un dissipateur thermique. En effet, dans les documents cités, comme la disposition des reliefs est la même tout au long de la surface d’échange du dissipateur, le coefficient de transfert de chaleur est constant. En raison du réchauffement naturel du fluide caloporteur entre l’entrée et la sortie du dissipateur thermique, la capacité d'échange de chaleur diminue et génère un modèle de température non homogène.

L’invention vise à remédier aux problèmes cités précédemment en proposant un dissipateur thermique qui génère un modèle de température homogène.

La présente invention vise ainsi à proposer un dissipateur thermique, notamment pour équipement électrique, comprenant :

une entrée et une sortie de fluide caloporteur,
une surface d’échange s’étendant entre l’entrée et la sortie et destinée à échanger thermiquement avec le fluide caloporteur, ladite surface comprenant une zone d’entrée communiquant avec l’entrée de fluide, une zone de sortie communiquant avec la sortie de fluide et au moins une zone intermédiaire disposée entre la zone d’entrée et la zone de sortie, toutes les zones de la surface d’échange ayant une aire identique,
une pluralité d’ailettes faisant saillie depuis ladite surface d’échange dans chacune des zones, chaque ailette présente un bord d’attaque, un bord de fuite et un angle d’incidence mesuré entre le segment de plus petite distance qui relie le bord d’attaque au bord de fuite et la direction principale du fluide caloporteur entre l’entrée et la sortie,

dans lequel les ailettes de la zone d’entrée, intermédiaire et de sortie présentent respectivement un angle d’incidence moyen d’entrée, intermédiaire et de sortie, ledit angle d’incidence moyen d’entrée étant inférieur à l’angle d’incidence moyen intermédiaire qui est inférieur à l’angle d’incidence moyen de sortie.

En modifiant ainsi les paramètres géométriques de conception entre l’entrée et la sortie de fluide, les turbulences générées vont être plus importantes tout comme le coefficient d’échange thermique. L’invention permet ainsi via cet arrangement d’adapter le coefficient d’échange thermique le long de la surface d’échange du dissipateur thermique (le coefficient d’échange de chaleur étant plus important dans la zone de sortie que dans la zone d’entrée) avec le fluide caloporteur de manière à obtenir une température homogène entre l’entrée et la sortie.

Dans la présente invention, on entend désigner par « équipement électrique » les machines électriques et l’électronique de puissance.

De façon connue en soi, les machines électriques, notamment les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d’un arbre. Le rotor pourra être solidaire d’un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes.

Dans certains types de chaînes de traction de véhicule automobile, une machine électrique tournante réversible de forte puissance est accouplée à la boîte de vitesses du véhicule ou à un train du véhicule automobile. La machine électrique est alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l’énergie à la batterie et/ou au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique.

L’électronique de puissance désigne par exemple les convertisseurs de puissance (chargeurs embarqués, convertisseurs DC/DC, onduleur) comprenant des modules de puissance permettant de recevoir ou de fournir un signal électrique de puissance aux phases électriques du bobinage d’une machine électrique. Dans le cas par exemple d’un onduleur, le module de puissance forme un pont redresseur de tension pour transformer la tension alternative générée par les phases du stator en une tension continue et/ou, à l’inverse, pour transformer une tension continue en une tension alternative pour alimenter les phases du stator. L’onduleur comporte également une partie de commande comprenant un module de commande permettant notamment de réguler la tension injectée au rotor et de faire l’interface avec un calculateur externe du véhicule.

Le dissipateur thermique est donc configuré pour dissiper la chaleur émise par l’équipement électrique.

La direction principale du fluide doit être vue comme la direction du chemin le plus court parcouru par le fluide entre l’entrée et la sortie de fluide.

Par « angle d’incidence moyen d’une zone », on entend désigner la somme des angles d’incidence des ailettes d’une zone divisée par le nombre d’ailettes de cette zone.

Dans le cadre de la présente invention, dans chaque zone, une pluralité d’ailettes fait saillie.

Avantageusement, toutes les ailettes d’une même zone présentent le même angle d’incidence.

Avantageusement, les ailettes sont de forme parallélépipédique, ellipsoïdale ou sensiblement ellipsoïdale. Par « sensiblement ellipsoïdale », on entend désigner une ailette comprenant au moins une partie ellipsoïdale.

Avantageusement, les ailettes de la zone d’entrée présentent un angle d’incidence maximal qui est inférieur au plus petit angle d’incidence des ailettes de la zone intermédiaire et les ailettes de la zone intermédiaire présentent un angle d’incidence maximal qui est inférieur au plus petit angle d’incidence des ailettes des ailettes de la zone de sortie.

Avantageusement, les ailettes s’étendent respectivement sur une hauteur moyenne d’entrée, intermédiaire et de sortie dans la zone d’entrée, intermédiaire et de sortie et la hauteur moyenne d’entrée des ailettes est inférieure à la hauteur moyenne intermédiaire des ailettes qui est inférieure à la hauteur moyenne de sortie des ailettes.

Cela permet ainsi, via une hauteur moyenne croissante des ailettes entre la zone d’entrée et la zone de sortie, d’adapter le coefficient d’échange thermique le long de la surface d’échange du dissipateur thermique avec le fluide caloporteur de manière à obtenir une température homogène entre l’entrée et la sortie. En augmentant la hauteur moyenne des ailettes, la surface de contact entre le fluide caloporteur et le dissipateur thermique augmente ainsi que le coefficient d’échange thermique.

Chaque ailette s’étend sur une hauteur entre une base disposée sur la surface d’échange à partir de laquelle l’ailette fait saillie et un sommet.

Par « hauteur moyenne des ailettes d’une zone », on entend désigner la somme des hauteurs des ailettes d’une zone divisée par le nombre de ailettes de cette zone.

Avantageusement, toutes les ailettes d’une même zone s’étendent sur une même hauteur. Ainsi la hauteur moyenne des ailettes d’une zone correspond à la hauteur de n’importe quelle ailette de cette même zone.

Avantageusement, les ailettes de la zone d’entrée présentent une hauteur maximale qui est inférieure à la plus petite hauteur des ailettes de la zone intermédiaire et les ailettes de la zone intermédiaire présentent une hauteur maximale qui est inférieure à la plus petite hauteur des ailettes de la zone de sortie.

Avantageusement, le nombre d’ailettes de la zone d’entrée est inférieur au nombre d’ailettes de la zone intermédiaire qui est inférieur au nombre de d’ailettes de la zone de sortie. Cet arrangement permet d’adapter le coefficient d’échange thermique le long de la surface d’échange du dissipateur thermique (le coefficient d’échange de chaleur étant plus important dans la zone de sortie que dans la zone d’entrée) avec le fluide caloporteur de manière à obtenir une température homogène entre l’entrée et la sortie. En augmentant le nombre d’ailettes, la surface de contact entre le fluide caloporteur et le dissipateur thermique augmente ainsi que le coefficient d’échange thermique. De plus, les ailettes augmentent l’efficacité du transfert thermique en transformant l’écoulement laminaire en écoulement turbulent.

Une ailette présente à la fois la fonction de résistance hydraulique et la fonction de dispositif thermique. Une résistance hydraulique correspond à la perte de charge subie par le fluide caloporteur à l’intérieur du dissipateur thermique. Plus le nombre d’ailettes sur la surface d’échange du dissipateur thermique est important, plus la perte de charge et donc la résistance hydraulique est importante. Le dispositif thermique vise à augmenter la surface de contact avec le fluide caloporteur pour augmenter les échanges convectifs, et donc le transfert de chaleur. L’ailette est avantageusement thermiquement conductrice.

Avantageusement, toutes les ailettes d’une même zone présentent une forme identique.

Avantageusement, la forme des ailettes varie d’une zone à une autre.

Avantageusement, les ailettes font saillie radialement depuis la surface d’échange.

Avantageusement, les ailettes sont réalisés d’une seule pièce avec la surface d’échange à partir de laquelle ils font saillie.

Avantageusement, la surface d’échange présente une surface plane, de préférence de forme rectangulaire. En variante, la surface d’échange peut présenter une forme circonférentielle.

Avantageusement, la surface d’échange est formée à partir d’un matériau solide thermiquement conducteur par exemple en acier, aluminium ou cuivre.

Avantageusement, le dissipateur thermique comprend une surface d’échange additionnelle, de préférence disposée en face de la surface d’échange, et qui s’étend entre l’entrée et la sortie et destinée à échanger thermiquement avec le fluide caloporteur, ladite surface additionnelle comprenant une zone d’entrée communiquant avec l’entrée de fluide, une zone de sortie communiquant avec la sortie de fluide et au moins une zone intermédiaire disposée entre la zone d’entrée et la zone de sortie, toutes les zones de la surface d’échange additionnelle ayant une aire identique.

Avantageusement, une pluralité de ailettes additionnelles font saillie depuis ladite surface d’échange additionnelle dans chacune des zones, et

dans chacune des zones lesdites ailettes additionnelles s’étendent respectivement sur une hauteur moyenne d’entrée, intermédiaire et de sortie dans la zone d’entrée, intermédiaire et de sortie, la hauteur moyenne d’entrée des ailettes additionnelles étant inférieure à la hauteur moyenne intermédiaire qui est inférieure à la hauteur moyenne de sortie et/ou
le nombre d’ailettes additionnelles de la zone d’entrée est inférieur au nombre d’ailettes additionnelles de la zone intermédiaire qui est inférieur au nombre d’ailettes additionnelles de la zone de sortie et/ou
chaque ailette additionnelle présente un bord d’attaque, un bord de fuite et un angle d’incidence mesuré entre le segment de plus petite distance qui relie le bord d’attaque au bord de fuite et la direction principale du fluide caloporteur entre l’entrée et la sortie, les ailettes additionnelles de la zone d’entrée, intermédiaire et de sortie présentent respectivement un angle d’incidence moyen d’entrée, intermédiaire et de sortie, ledit angle d’incidence moyen d’entrée étant inférieur à l’angle d’incidence moyen intermédiaire qui est inférieur à l’angle d’incidence moyen de sortie.

Les deux surfaces forment ainsi, au moins en partie, une chambre de refroidissement dans laquelle s’écoule le fluide caloporteur. L’une des surfaces étant une surface intérieure et l’autre, la surface extérieure par rapport à l’équipement électrique que le dissipateur thermique refroidit.

Les ailettes font saillie depuis l’une de la surface d’échange ou de la surface d’échange additionnelle en direction de l’autre surface d’échange sans atteindre cette dernière.

Avantageusement, le fluide caloporteur peut être liquide ou gazeux. De préférence, le fluide caloporteur est de l’eau par exemple de l’eau glycolée, de l’huile ou de l’air.

L’invention concerne également un ensemble machine comprenant un équipement électrique et un dissipateur thermique selon l’invention. De préférence, l’équipement électrique est choisi parmi les machines électriques et l’électronique de puissance. L’électronique de puissance désigne par exemple les convertisseurs de puissance tels que les chargeurs embarqués, convertisseurs DC/DC, onduleurs.

L’invention concerne également l’utilisation de l’ensemble machine selon l’invention dans un véhicule automobile.

Brève description des figures

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.

est une vue en perspective d’un ensemble machine (dissipateur thermique + électronique de puissance) selon l’invention.

est une vue de haut d’une partie du dissipateur thermique selon un premier mode de réalisation.

est une vue de haut d’une partie du dissipateur thermique selon un deuxième mode de réalisation.

est un agrandissement d’une première forme d’ailette de refroidissement du dissipateur de la ou 3.

représente une seconde forme d’ailette pouvant être utilisée dans la présente invention.

est une vue en perspective d’une partie du dissipateur thermique représentant une hauteur d’ailette variable.

est une vue selon une coupe longitudinale de la surface d’échange et des ailettes de la .

est une vue analogue à la selon un autre mode de réalisation.

est une vue identique à la avec un découpage de zones différent.

est une vue analogue à la selon un autre mode de réalisation représentant une densité d’ailettes variable.

Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.

Description détaillée de l’invention

La représente un ensemble machine 110 comprenant un équipement électrique 100 et un dissipateur thermique 1.

Dans l’exemple considéré, l’équipement électrique 100 désigne l’électronique de puissance, en particulier trois modules de puissance 101 d’un onduleur permettant de recevoir ou de fournir un signal électrique de puissance aux phases électriques du bobinage d’une machine électrique. Un matériau d’interface thermique qui permet d’évacuer la chaleur générée par les modules de puissance 101 vers le dissipateur thermique 1 peut être prévu à l’interface entre les deux éléments. Le matériau d’interface thermique est par exemple une pâte, graisse ou colle thermique.

Le dissipateur thermique 1 comprend une entrée 31 et une sortie 32 de fluide caloporteur ainsi qu’une surface d’échange 5 s’étendant entre l’entrée 31 et la sortie 32 et destinée à échanger thermiquement avec le fluide caloporteur. La flèche en pointillée représente sur toutes les figures la direction principale du fluide entre l’entrée 31 et la sortie 32 du dissipateur thermique 1.

Comme on peut le voir sur la ou 3, la surface 5 comprend une zone d’entrée 51 communiquant avec l’entrée de fluide 31, une zone de sortie 53 communiquant avec la sortie de fluide 32 et une zone intermédiaire 52 disposée entre la zone d’entrée 51 et la zone de sortie 53. Ainsi, le fluide caloporteur suit le chemin suivant : entrée 31 du dissipateur thermique 1, zone d’entrée 51, zone intermédiaire 52, zone de sortie 53 puis sortie 32 du dissipateur thermique.

La zone intermédiaire 52 sépare la zone d’entrée 51 de la zone de sortie 53. Ainsi pour passer de la zone d’entrée 51 à la zone de sortie 53, le fluide passe par la zone intermédiaire 52.

Dans le cadre de la présente invention, toutes les zones 51, 52, 53 de la surface d’échange 5 ont une aire respective a₁, a₂, a₃identique. En d’autres termes l’aire a₁de la zone d’entrée 51 = l’aire a₂de la zone intermédiaire 52 = l’aire a₃de la zone de sortie 53.

Dans les exemples considérés, les surfaces 51, 52, 53 sont également identiques en forme, mais elles pourraient ne pas avoir la même forme tant que les surfaces ont des aires égales.

Une pluralité d’ailettes 20 fait saillie depuis ladite surface d’échange 5. De préférence, les ailettes 20 font saillie radialement depuis la surface d’échange 5, c’est-à-dire perpendiculairement par rapport à la surface d’échange 5.

Les ailettes 20 sont agencées en une pluralité de rangées longitudinales et une pluralité de rangées transversales. Dans l’exemple considéré à la , les ailettes 20 sont agencées selon six rangées longitudinales et quinze rangées transversales. Le nombre de ces rangées est adapté au dissipateur thermique et en particulier à la taille de la surface d’échange 5.

Comme on peut le voir plus en détails sur les figures 4 et 5, chaque ailette 20 présente un bord d’attaque 25 et un bord de fuite 26. Les bords sont définis par rapport à la direction principale du fluide caloporteur. Un angle d’incidence α est mesuré entre le segment de plus petite distance 27 qui relie le bord d’attaque 25 au bord de fuite 26 et la direction principale du fluide caloporteur entre l’entrée 31 et la sortie 32 représentée par la flèche en pointillé. L’angle α peut également être vu comme l’angle entre l’axe longitudinal de l’ailette 20 (c’est-à-dire un axe selon la longueur de l’ailette 20) et la direction principale du fluide.

Sur les figures 2 et 3, les ailettes 20 sont de forme parallélépipédique comme représenté sur la . En variante, les ailettes 20 peuvent être de forme ellipsoïdale comme représenté sur la .

Les ailettes 20 de la zone d’entrée 51, intermédiaire 52 et de sortie 53 présentent respectivement un angle d’incidence moyen d’entrée α_m1, intermédiaire α_m2et de sortie α_m3. L’angle d’incidence moyen α_md’une zone correspond donc à la somme des angles d’incidence α des ailettes 20 d’une zone divisée par le nombre d’ailettes 20 de cette zone.

Dans le cadre de la présente invention, l’angle d’incidence moyen d’entrée α_m1est inférieur à l’angle d’incidence moyen intermédiaire α_m2qui est inférieur à l’angle d’incidence moyen de sortie α_m3. En d’autres termes, α_m1< α_m2< α_m3.

Dans ces exemples, les ailettes 20 de la zone d’entrée 51 présentent un angle d’incidence α maximal qui est inférieur au plus petit angle d’incidence de la zone intermédiaire 52 et les ailettes 20 de la zone intermédiaire 52 présentent un angle d’incidence α maximal qui est inférieure à la plus petite hauteur des ailettes 20 de la zone de sortie 53.

La progression de l’angle d’incidence α des ailettes 20 entre l’entrée 31 et la sortie 32 peut être étagée comme c’est le cas sur la . Dans cet exemple, toutes les ailettes 20 d’une même zone ayant le même angle d’incidence α, l’angle d’incidence moyen α_m1, α_m2, α_m3respectif de chaque zone 51, 52, 53 sera égal à l’angle d’incidence αde n’importe quelle ailette 20 de cette même zone.

En variante, comme cela est visible sur la , la progression de l’angle d’incidence α des ailettes 20 entre l’entrée 31 et la sortie 32 peut être linéaire. En effet chaque ailette 20 d’une même rangée longitudinale a un angle d’incidence α inférieur à l’angle d’incidence α de l’ailette 20 suivante, selon la direction principale du fluide entre l’entrée 31 et la sortie 32. Ici, l’angle d’incidence moyen α_m1, α_m2, α_m3respectif de chaque zone 51, 52, 53 sera donc égal à la somme des angles d’incidence α des ailettes 20 de chaque zone 51, 52, 53 divisée par le nombre d’ailettes 20 de chaque zone.

Chaque ailette 20 s’étend sur une hauteur h entre une base disposée sur la surface d’échange 5 à partir de laquelle l’ailette 20 fait saillie et un sommet. La hauteur h est donc communément comprise ici comme étant la distance séparant la base du sommet selon un axe perpendiculaire à la surface d’échange 5.

Comme on peut le constater sur les figures 6 à 10, la hauteur moyenne des ailettes 20 d’une zone n’est pas identique d’une zone à l’autre. On considère ici la hauteur moyenne des ailettes par zone. Ainsi, dans la zone d’entrée 51, les ailettes 20 s’étendent selon une hauteur moyenne d’entrée h_m51, dans la zone intermédiaire 52 selon une hauteur moyenne intermédiaire h_m52et dans la zone de sortie 53 selon une hauteur moyenne de sortie h_m53.

La hauteur moyenne des ailettes 20 d’une zone est calculée en prenant la somme de tous les ailettes 20 de cette zone puis en la divisant par le nombre d’ailettes 20 de cette même zone.

Dans les exemples considérés, la hauteur moyenne d’entrée h_m51des ailettes 20 est inférieure à la hauteur moyenne intermédiaire h_m52qui est inférieure à la hauteur moyenne de sortie h_m53. En d’autres termes, h_m51< h_m52< h_m53.

Ici, les ailettes 20 sont agencés selon sept rangées longitudinales et quinze rangées transversales.

Les ailettes 20 de la zone d’entrée 51 présentent une hauteur maximale qui est inférieure à la plus petite hauteur des ailettes 20 de la zone intermédiaire 52 et les ailettes 20 de la zone intermédiaire 52 présentent une hauteur maximale qui est inférieure à la plus petite hauteur des ailettes 20 de la zone de sortie 53.

Sur la , certaines ailettes 20 d’une même zone présentent des hauteurs différentes (les ailettes 20 d’une rangée longitudinale) et d’autres présentent des hauteurs identiques (les ailettes 20 d’une rangée transversale). La progression de la hauteur des ailettes entre l’entrée 31 et la sortie 32 peut être linéaire comme c’est le cas sur les figures 6 et 7. En effet chaque ailette 20 d’une même rangée longitudinale a une hauteur inférieure à la hauteur de l’ailette 20 suivante, selon la direction du fluide entre l’entrée 31 et la sortie 32.

En variante, comme cela est visible sur la ou 9, la progression de la hauteur des ailettes entre l’entrée 31 et la sortie 32 peut être étagée. Dans cet exemple, toutes les ailettes 20 d’une même zone 51, 52, 53 s’étendent sur une même hauteur.

Dans les exemples des figures 6 à 8, chaque zone 51, 52, 53 comprend 5 rangées transversales d’ailettes 20. Il est tout à fait possible de considérer que la surface d’échange 5 comprend une zone d’entrée 51, une zone de sortie 53 et n zones intermédiaires 52 (n étant un entier compris entre 1 et 13 dans le cas d’espèce) disposées entre la zone d’entrée 51 et la zone de sortie 53. La hauteur moyenne répondra toujours à la règle suivante : h_m51< h_m52n< h_{m52 (n+1)}< h_m3.

Un exemple d’une surface d’échange 5 divisée en une zone d’entrée 51, une première zone intermédiaire 52₁, une deuxième zone intermédiaire 52₂,une troisième zone intermédiaire 52₃et une zone de sortie 53 est présenté en . Dans ce cas-là, on retrouve bien la relation suivante entre les hauteurs moyennes de chaque zone, h_m51< h_m52.1< h_m52.2< h_m52.3< h_m3.

Dans tous les exemples jusqu’à présente, la zone d’entrée 51, la zone intermédiaire 52 et la zone de sortie 53 présentent un nombre d’ailettes 20 identique. En d’autres termes, la densité à savoir le nombre d’ailettes 20 par zone est identique entre les différentes zones. Chaque zone présente un nombre d’ailettes 20 identique au nombre d’ailettes 20 d’une autre zone. En l’espèce, chaque zone 51, 52, 53 comprend trente-cinq ailettes.

En variante et tel que cela est représenté à la , le nombre d’ailettes 20 de la zone d’entrée 51 peut être inférieur au nombre de ailettes 20 de la zone intermédiaire 52 qui peut être inférieur au nombre d’ailettes 20 de la zone de sortie 53. En l’espèce, le nombre d’ailettes 20 de la zone d’entrée 51 est de quatorze, celui de la zone intermédiaire 52 est de vingt-huit et celui de la zone de sortie 53 est de trente-cinq.

Dans tous les exemples jusqu’à présent, toutes les ailettes 20 qui font saillie de la surface d’échange 5 du dissipateur thermique 1 présentent une forme identique, ici parallélépipédique. De préférence, toutes les ailettes 20 d’une même zone 51, 52, 53 présentent une forme identique.

En variante, la forme des ailettes 20 varie d’une zone 51, 52, 53 à une autre. Selon une autre variante, la forme des ailettes 20 peut varier à l’intérieur même d’une zone.

Avantageusement, le dissipateur comprend également une surface d’échange additionnelle 50, ici disposée en face de la surface d’échange 5. Cette surface additionnelle 50 s’étend entre l’entrée 31 et la sortie 32 et est destinée à échanger thermiquement avec le fluide caloporteur. Avantageusement, la surface additionnelle reprend les caractéristiques de la surface d’échange 5 à savoir :

une zone d’entrée communiquant avec l’entrée de fluide,
une zone de sortie communiquant avec la sortie de fluide et
au moins une zone intermédiaire disposée entre la zone d’entrée et la zone de sortie,
toutes les zones de la surface d’échange additionnelle ont une aire identique, et
une pluralité d’ailettes additionnelles font saillie depuis ladite surface d’échange additionnelle 50.

En outre :

La surface d’échange 5 et la surface d’échange additionnelle 50 sont ainsi agencées de manière à former au moins en partie une chambre de refroidissement dans laquelle s’écoule le fluide caloporteur. La chambre est délimitée par la surface 5 qui est la surface intérieure et la surface additionnelle 50 qui est la surface extérieure.

Dans tous les exemples considérés jusqu’à présent, nous avons présenté un dissipateur thermique adapté pour refroidir de l’électronique de puissance. Dans ce cas, la surface d’échange 5 présente une surface plane, de préférence de forme rectangulaire. La surface additionnelle 50 présente également une surface plane, de préférence de forme rectangulaire.

De préférence, la distance entre la surface d’échange 5 et la surface additionnelle 50 est constante. En d’autres termes, la hauteur de la chambre de refroidissement est constante.

En variante non représentée, la surface d’échange peut présenter une forme circulaire de manière à refroidir par exemple une machine électrique tournante.

Une machine électrique tournante comporte un stator polyphasé avec un corps de stator entourant un rotor d’axe X monté sur un arbre. Le stator de la machine entoure le rotor avec la présence d’un entrefer sur la périphérie interne du stator et la périphérie externe du rotor. Le stator et le rotor forment les parties actives de la machine électrique et seront entourés par le dissipateur thermique.

La puissance de la machine pourra être comprise entre 4kW et 50kW. Alternativement, la machine électrique pourra être implantée sur un essieu du véhicule automobile, notamment un essieu arrière. Dans l’exemple considéré, la machine électrique présente avantageusement une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts, et valant de préférence 48Volts. Typiquement, le couple fourni par la machine électrique est compris entre 30N.m et 150N.m. En alternative, la machine électrique pourra présenter une tension de fonctionnement de plus de 60V, voire plus de 80V ou plus de 100V, notamment 300V ou plus. Dans ce cas, la puissance de la machine pourra être comprise entre 60kw et 300kW

Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.

En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Claims

Dissipateur thermique (1), notamment pour équipement électrique, comprenant :
une entrée (31) et une sortie (32) de fluide caloporteur,

une surface d’échange (5) s’étendant entre l’entrée (31) et la sortie (32) et destinée à échanger thermiquement avec le fluide caloporteur, ladite surface (5) comprenant une zone d’entrée (51) communiquant avec l’entrée de fluide, une zone de sortie (53) communiquant avec la sortie de fluide et au moins une zone intermédiaire (52) disposée entre la zone d’entrée (51) et la zone de sortie (53), toutes les zones de la surface d’échange (5) ayant une aire (a₁, a₂, a₃) identique,

une pluralité d’ailettes (20) faisant saillie depuis ladite surface d’échange (5) dans chacune des zones (51, 52, 53), chaque ailette (20) présente un bord d’attaque (25), un bord de fuite (26) et un angle d’incidence (α) mesuré entre le segment de plus petite distance (27) qui relie le bord d’attaque au bord de fuite et la direction principale du fluide caloporteur entre l’entrée (31) et la sortie (32),
caractérisé en ce que les ailettes (20) de la zone d’entrée (51), intermédiaire (52) et de sortie (53) présentent respectivement un angle d’incidence moyen d’entrée (α_m1), intermédiaire (α_m2) et de sortie (α_m3), ledit angle d’incidence moyen d’entrée (α_m1) étant inférieur à l’angle d’incidence moyen intermédiaire (α_m2) qui est inférieur à l’angle d’incidence moyen de sortie (α_m3).
Dissipateur thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que toutes les ailettes (20) d’une même zone présentent le même angle d’incidence (α).
Dissipateur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites ailettes (20) sont de forme parallélépipédique, ellipsoïdale ou sensiblement ellipsoïdale.
Dissipateur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ailettes (20) de la zone d’entrée (51) présentent un angle d’incidence (α) maximal qui est inférieur au plus petit angle d’incidence des ailettes de la zone intermédiaire (52) et les ailettes de la zone intermédiaire présentent un angle d’incidence maximal qui est inférieur au plus petit angle d’incidence des ailettes des ailettes de la zone de sortie (53).
Dissipateur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites ailettes (20) s’étendent respectivement sur une hauteur moyenne d’entrée (h_m51), intermédiaire (h_m52) et de sortie (h_m53) dans la zone d’entrée (51), intermédiaire (52) et de sortie (53),
et en ce que la hauteur moyenne d’entrée (h_m51) des ailettes (20) est inférieure à la hauteur moyenne intermédiaire (h_m52) qui est inférieure à la hauteur moyenne de sortie (h_m53).
Dissipateur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que toutes les ailettes (20) d’une même zone (51, 52, 53) s’étendent sur une même hauteur.
Dissipateur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ailettes (20) de la zone d’entrée (51) présentent une hauteur maximale qui est inférieure à la plus petite hauteur des ailettes de la zone intermédiaire (52) et les ailettes de la zone intermédiaire présentent une hauteur maximale qui est inférieure à la plus petite hauteur des ailettes de la zone de sortie (53).
Dissipateur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre d’ailettes (20) de la zone d’entrée (51) est inférieur au nombre d’ailettes de la zone intermédiaire (52) qui est inférieur au nombre de d’ailettes de la zone de sortie (53).
Dissipateur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que toutes les ailettes (20) d’une même zone (51, 52, 53) présentent une forme identique.
Dissipateur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface d’échange (5) présente une surface plane, de préférence de forme rectangulaire.